Коричневый карлик с именем 2MASSJ22282889-431026 глазами художника. Объект наблюдали космические телескопы НАСА Hubble и Spitzer. Коричневые карлики массивнее и горячее планет, но им не хватает массы, необходимой для превращения в звёзды.
Когда вы запускаете самый мощный телескоп человечества, вы вправе ожидать интересных результатов. Уэбб показал отличные результаты, обнаружив древние галактики, определив химические вещества в атмосферах экзопланет и заглянув в звездообразующие области с большей детальностью и чёткостью, чем любой другой телескоп. Но каждый раз, когда новый телескоп вступает в строй, астрономы говорят нам, что их волнуют не только ожидаемые, но и неожиданные результаты. Как и другие телескопы, Уэбб также преподнёс несколько сюрпризов. В ходе своей работы Уэбб обнаружил 21 коричневый карлик. Коричневые карлики — это «промежуточные» объекты. Иногда их называют «несостоявшимися звёздами». Они более массивны, чем газовые гиганты, но менее массивны, чем звёзды. Они никогда не становились достаточно массивными, чтобы запустить синтез водорода — отличительный признак звезды главной последовательности. Коричневые карлики слишком велики, чтобы быть планетами, но недостаточно массивны, чтобы быть звёздами.
Коричневые карлики могут показаться не очень интересными объектами. Это не планеты и не звёзды. Но они являются частью природы, поэтому они как-то вписываются в общую схему вещей. Стремлению узнать о них больше есть научные аргументы. «Выбор и характеристика этих источников жизненно важны для изучения функции начальной массы звёзд, понимания эволюции бинарных звёзд и увеличения числа звёзд, вокруг которых могут находиться потенциально пригодные для жизни планеты», — поясняют авторы новой работы. Работа называется «Кандидаты в коричневые карлики во внегалактических обзорах JADES и CEERS» и размещена на сайте предварительной печати arxiv.org. Ведущий автор — Кевин Хейнлайн (Kevin Hainline), доцент-исследователь обсерватории Стюард. Коричневые карлики излучают большую часть своего света в инфракрасном диапазоне, на изучении которого специализируется Уэбб. Однако коричневые карлики всё ещё трудно обнаружить даже с помощью такого мощного прибора. 21 новый коричневый карлик обнаружили в данных двух различных обзоров, проведённых Уэббом, которые не были направлены на изучение коричневых карликов: JADES и CEERS. Это тепловая карта Лумана 16B, ближайшего к Земле коричневого карлика. Он находится на расстоянии всего 6,5 световых лет, но был открыт только в 2013 г., — яркое свидетельство того, как трудно найти коричневые карлики.
JADES — это расширенный глубокий внегалактический обзор Уэбб, а CEERS — научный обзор космической эволюции. Оба обзора посвящены изучению далёких древних галактик, что является одной из основных научных целей Уэбб. Новые коричневые карлики были скрыты во всех их данных. Эти результаты важны из-за местоположения коричневых карликов. Большинство известных нам коричневых карликов находятся в нашей звёздной окрестности, поскольку именно там их легче всего наблюдать. Но это проблема, поскольку, когда астрономы хотят что-то изучить, им нужна хорошая, репрезентативная выборка. Они не могут сделать надёжных выводов на основе образцов, собранных в одном районе галактики. «Очень важно расширить эти выборки, поскольку звёзды типа коричневых карликов на таких расстояниях помогают нам понять историю звёздообразования в Млечном Пути», — пишут авторы. Большинство из 21 вновь открытого коричневых карликов находится в толще диска и гало Млечного Пути. Они находятся на расстоянии от 0,1 до 4,2 кпк, т.е. на расстоянии от 360 до 13 700 световых лет от нас. Некоторые результаты этих исследований показывают, как много нам ещё предстоит узнать о коричневых карликах. Недостаток знаний не должен вас удивлять. Впервые теория существования коричневых карликов была выдвинута в 1960-х годах, но первые однозначные обнаружения были сделаны только в середине 1990-х годов. Астрофизики до сих пор выясняют их место в звёздном ранге. Расположение некоторых коричневых карликов, особенно тех, которые находятся в галактическом ореоле, противоречит нашим представлениям о форме галактик. «Хотя большинство источников находится в толще диска, мы обнаружили четыре источника, которые потенциально могут находиться в гало Млечного Пути», — пишут исследователи. «Эти источники плохо согласуются с моделями шаблонов галактик». Их атмосферные спектры также плохо согласуются с существующими моделями. Этот рисунок из статьи помогает объяснить некоторые результаты. На нем показана плоскость Млечного Пути, а также толстый и тонкий диски. Кроме того, на нём разными цветными кружками показаны местоположения некоторых коричневых карликов, участвовавших в исследовании.
Группа исследователей обнаружила эти коричневые карлики только за первый год работы с данными JADES и CEERS. Так что в будущем они, скорее всего, найдут ещё больше, тем более что данная работа показывает, как различные фильтры Уэбб позволяют обнаружить коричневые карлики. Но настоящее веселье может начаться в будущем. «Эти источники предоставляют прекрасную возможность для последующих наблюдений с помощью целевой спектроскопии Уэбба, NIRSpec, учитывая их положение в Млечном Пути», — поясняют авторы. Совсем недавно в журнале Astrophysical Journal Letters было опубликовано исследование, посвящённое первым целевым наблюдениям коричневого карлика с помощью Уэбба. Его название — «Первое спектральное энергетическое распределение Y-карлика с помощью Уэбба» (The First Уэбб Spectral Energy Distribution of a Y Dwarf). (Коричневые карлики относятся к спектральным типам M, L, T и Y.) Эти наблюдения дали некоторые результаты, которые противоречат теории. «Этот источник бросил вызов теоретическим моделям, продемонстрировав важность увеличения числа таких источников, исследуемых спектроскопически, — пишут авторы. — Поэтому очень важно исследовать больше коричневых карликов с помощью приборов Уэбба NIRSpec и MIRI». Коричневые карлики до сих пор остаются неуловимыми объектами. Они очень тусклые и маломассивные по сравнению со звёздами главной последовательности. Некоторые из них могут быть в 80 раз массивнее Юпитера, хотя все они имеют примерно такой же радиус, как и Юпитер. Это очень мало для звезды. Однако их обнаружение и более детальное изучение крайне важно для понимания того, как формируются звёзды и планеты. К счастью, в ближайшее время астрономы обнаружат ещё много таких звёзд и начнут заполнять пробелы в своих знаниях. Этот коричневые карлики были обнаружены в ходе внегалактических обзоров. Эти обзоры предназначены для обнаружения объектов за пределами Млечного Пути и позволяют избежать звёздного загрязнения. Это привело нас к счастливой случайности. «Хотя внегалактические глубокие поля предназначены для направления за пределы плоскости нашей Галактики, чтобы минимизировать звёздное загрязнение, использование глубоких наблюдений Уэбб для сбора этих источников имеет последствия для популяции объектов за пределами толстого диска, которые могут быть среди наиболее бедных металлами и самых старых звёзд при таких температурах в Галактике», — говорится в статье. Вокруг коричневых карликов существует множество вопросов, на которые нет ответов. Когда образуется один из них, он формируется в диске, как и любая другая звезда. Логично предположить, что в диске формируются планеты, как и вокруг других звёзд. Но диск коричневого карлика имеет гораздо меньшую массу, чем диск других звёзд, а также гораздо меньший радиус. Это должно благоприятствовать формированию земных планет, подобных Земле, а не газовых гигантов. Но только наблюдения позволят сделать вывод о том, так ли это на самом деле. В 2020 году исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Оклахомы с помощью гражданских учёных обнаружили коричневый карлик под названием W1200-7845. Его возраст составляет всего 3,7 млн лет, а расстояние до него — около 330 световых лет. Судя по всему, у него есть планетообразующий диск, как показано на этой иллюстрации.
Коричневые карлики не являются ни звёздами, ни планетами, и их эволюция может быть очень странной. Астрофизики полагают, что по мере остывания коричневого карлика, примерно через 100-500 млн лет после образования, в его атмосфере происходят странные вещи. Возможно, там образуются пылевые облака из кварца и других минералов. Авторы данной работы явно предвкушают грядущее изобилие обнаружений коричневых карликов. По некоторым оценкам, в Млечном Пути насчитывается от 25 до 100 млрд коричневых карликов. Перепись коричневых карликов только начинается, и по мере того, как астрономы будут обнаруживать их всё больше и больше, и параллельно изучать их, мы всё лучше будем понимать, какое место они занимают в природе. «Мы ожидаем, что большое количество кандидатов в коричневые карлики, обнаруженных в ближайшие несколько лет, прольёт свет на историю формирования звёзд и планет в нашей Галактике».
